网络协议——IP

IPv4地址

网络中的任何一台设备都要通过网络接口卡(NIC)接入网络，如果该台设备想要被其他设备访问到，那么其网卡必须有一个唯一的地址。一台设备还可以有多个网卡并同时接入多个网络，相应地该设备就有多个地址，如果这个设备是主机的话，一般被称为multihomed主机。路由器一般有多个网卡并接入多个网络，所以路由器也有多个地址，但是一般不把路由器称为multihomed主机。

IPv4使用一个32位二进制地址，所以理论上可供使用的IPv4地址一共由4 294 967 296个，即 232 。为了便于管理和寻址（路由），一个IPv4地址的32位被划分为两部分：网络ID和主机ID。从左边开始的、连续的若干个二进制位作为网络ID，用于标识设备所在的网络；剩余的二进制位作为主机ID，用于标识在网络中的设备。目前有三种划分方法：分类法、子网化和CIDR。

分类法

基本划分

分类法是最早的、也是最简单的一种划分方法。它把IPv4地址固定地分为五类：A、B、C、D和E。
A类把前8位划分为网络ID，但第1位必须是0；
B类把前16位划分为网络ID，但前2位必须是10；
C类把前24位划分为网络ID，但前3位必须是110；
D类用于组播，但前4为必须是1110；
E类作为预留地址，但是前4位必须是1111。

分类法的五类地址取值范围：

类	取指范围
A	0.0.0.0~127.255.255.255
B	128.0.0.0~191.255.255.255
C	192.0.0.0~223.255.255.255
D	224.0.0.0~239.255.255.255
E	240.0.0.0~255.255.255.255

从表中可以看出，从A到E的取指范围是连续的，即从A类的第一个地址0.0.0.0开始到E类的最后一个地址255.255.255.255，中间没有任何的间断。

分类法的特点就是能够很容易并且很快速地确定任意一个IPv4地址的分类，因为最多只需要检查其开头4位就能确定下来了。

特殊地址

• 网络地址
  当一个IP地址中的主机ID的二进制位全为0时，该地址用来表示其网络ID所表示的网络。如192.168.1.0就表示网络ID为192.168.1的这个网络。

• 广播地址
  当一个IP地址中的主机ID的二进制位全为1时，该地址用来表示其网络ID所表示的网络的广播地址。如192.168.1.255，这是一个C类地址，其用于表示网络ID为192.168.1.0这个网络的广播地址。

• 当前网络的主机地址
  当一个IPv4地址中的网络ID的二进制位全为0时，该地址用来表示在当前网络、其主机ID所表示的主机。如0.0.0.123这个地址，表示的就是当前网络的主机ID为123的主机。

• 通配地址0.0.0.0
  用来表示本机的任意一个IP地址。在winsock2.h头文件里面，INADDR_ANY就定义为0x00000000，即0.0.0.0。

• 环回地址
  在A类地址中，从127.0.0.0~127.255.255.255的所有地址被称为环回地址。顾名思义，环回就是自己发给自己，即所有发送到该地址范围的数据都是发送被本机。
  一般来说，我们都使用127.0.0.1作为环回地址，并且其名字一般叫做localhost。在winsock2.h头文件里面，INADDR_LOOPBACK被定义为0x7f000001，即127.0.0.1。

• 私有地址
  不被公网所认可的特殊的IP地址。

  • 10.0.0.0~10.255.255.255（A类）
  • 172.16.0.0~172.31.255.255（B类）
  • 192.168.0.0~192.168.255.255（C类）
    除此之外，还有一个地址范围169.251.0.0~169.254.255.255，是在主机自动私有地址分配（APIPA）时使用的。在没有DHCP服务器的网络环境下，各个主机可以使用APIPA来自动分给地址，使得它们之间仍然可以通信。

• 保留地址

  • 0.0.0.0~0.255.255.255
  • 128.0.0.0~128.0.255.255
  • 191.255.0.0~191.255.255.255
  • 192.0.0.0~192.0.0.255
  • 223.255.255.0~223.255.255.255
    0.0.0.0虽然是通配地址，但其实它也是一个保留地址，尽管我们可以在程序里面使用它，但是不能把它作为IP地址来分配给一台主机。

分类法的优缺点

优点：地址本身包含了类别信息，并不需要额外的信息来确定一个地址的网络ID和主机ID。
缺点：没有考虑到一个机构里面可能存在多个子网络的问题。

子网化

在原有三类网络A、B和C的基础上，对其进行再划分，细分出能够石瑛各种网络规模的子网（Subnet）。具体的说，就是在A、B和C类地址的基础上，对其主机ID部分再划分，即使用主机ID的前若干位作为子网ID，剩余的位作为在该子网里的主机ID。

子网掩码

子网掩码把其对应于IPv4地址中网络ID和子网ID的部分所有位设为1，其余设为0。目的是当把IPv4地址和子网掩码进行与操作时，其结果就是该IPv4地址的完整网络地址。

可以根据网络的需要来设置子网ID的位数。子网ID的位数越多，则支持的子网个数就越多，同时每个子网可容纳的主机个数就越少。具体的说，假定原来在分类法的方案下，主机ID位数为N（24、16、8，分别对应于A、B、C类），如果我们选择前M（M>=0 && M<N）位作为子网ID，则支持的子网个数为 2M ，每个子网所支持的主机个数为 2N−M 。

可变长度子网掩码

可变长度子网掩码指的是我们在选择子网ID位数的时候，并不需要使所有划分出来的子网都具有相同位数的子网ID，而是可以根据需要，对不同的子网指定不同位数的子网ID。

无分类域间路由

CIDR就是应用VLSM的方法，把一个IPv4地址划分为网络ID和主机ID两部分，其中网络ID的位数可以根据网络的规模来灵活配置。
在CIDR中使用CIDR标记法来表示网络ID的位数，即在一个IPv4地址后先加一斜线（/），然后在斜线后面加上一个数字，该数字就是网络ID的位数，如192.168.1.123/24，这个地址的前24为是网络ID，后面8位是主机ID。